[发明专利]基于电光效应的随机波导光栅电压传感器及其电压检测方法

权利要求书

1.一种基于电光效应的随机波导光栅电压传感器，其特征在于它由光栅反射谱观测模块和相关运算模块组成，光栅反射谱观测模块的输出端连接相关运算模块的输入端，相关运算模块的输出端输出相关曲线峰值对应的波长偏移；所述光栅反射谱观测模块由光源、光环行器、随机波导光栅和光谱分析仪组成，所述光源的输出端连接光环行器的输入端A，光环行器的B端连接随机波导光栅，光环行器的输出端C连接光谱分析仪的输入端；所述相关运算模块是用来实现随机波导光栅两侧电极之间施加电压和不加电压时的两个光栅反射谱的相关运算，根据相关曲线峰值对应的波长偏移与外加电压的线性关系，获得外加电压的值。

2.根据权利要求1所述的基于电光效应的随机波导光栅电压传感器，其特征在于，所述随机波导光栅制备于电光材料上，在平行于光栅轴向的光栅两侧加上一对电极；所述电光材料是具有电光效应，在外加电场作用下材料的折射率会发生变化的一类材料的统称，用于随机波导光栅制备的电光材料不特指、不局限于某一种。

3.根据权利要求1或2所述的基于电光效应的随机波导光栅电压传感器，其特征在于，所述随机波导光栅的反射谱和透射谱杂乱，呈现无规律的随机状态；光栅反射谱和透射谱的随机特征是有效折射率、折射率调制度或光栅周期在内的影响光栅折射率的全部参数中的某一个或某几个引起的。

4.根据权利要求1所述的基于电光效应的随机波导光栅电压传感器，其特征在于，所述相关运算模块进行相关运算的一个光栅反射谱为光栅反射谱观测模块输出的随机波导光栅的反射谱，另一个为没有电压作用的同一随机波导光栅的本征反射谱。

5.一种使用权利要求1所述基于电光效应的随机波导光栅电压传感器检测电压的方法，其特征在于具体步骤如下：

第1、将权利要求1所述基于电光效应的随机波导光栅电压传感器中的随机波导光栅置于无电压状态；然后打开光源，光源发出的入射光进入光环行器的A端，由光环行器的B端输出，经随机波导光栅反射的光再次进入光环行器的B端，由光环行器的C端输出，进入光谱分析仪，得到无电压时的随机波导光栅的反射谱并存储起来；

第2、在所述随机波导光栅两侧施加一组固定电压，打开光源，重复第1步得到一组固定电压值下的随机波导光栅的反射谱并存储起来；

第3、将第2步得到的一组固定电压值下的随机波导光栅的反射谱分别与第1步得到的无电压时的随机波导光栅的反射谱进行互相关运算，得到一组互相关曲线，进而得到互相关曲线峰值对应的波长偏移和检测电压之间的线性变化关系；

第4、检测电压时，将所述随机波导光栅置于待检测电压下，重复第1步得到待检测电压下的随机波导光栅反射谱，通过相关运算模块将该反射谱与存储的无电压时的光栅反射谱进行互相关运算，相关运算模块的输出端输出相关曲线峰值对应的波长偏移，根据该波长偏移以及第3步得到的波长偏移和检测电压之间的线性变化关系最终得到待检测电压的大小。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，作用于随机波导光栅的电压的范围并不是无限大的，当电压大于电光材料矫顽场时会引起材料的极化反转，造成电光系数正负符号的改变，对电压检测造成影响，继续增加电压则会造成电光材料的电击穿；传感器的最大电压检测范围为-U～+U，其中U＝随机波导光栅所在电光材料的矫顽场×随机波导光栅两侧电极之间的距离。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在达到所述传感器所限制的最大电压检测范围之前，增大用于相关运算的反射谱波长范围或改用反射谱中心波长更大的波长范围进行相关运算都能够增大电压的检测范围。

8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，采用随机波导光栅反射谱中心波长更大的波长范围进行电压检测，传感器的灵敏度会有所提升。

9.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，增加随机波导光栅两侧电极之间的距离能够增大传感器的最大电压检测范围，但会降低传感器的灵敏度。

10.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，在随机波导光栅两侧不加电极时，该方法可用来检测垂直于随机波导光栅轴向的电场或任意方向电场的垂直于随机波导光栅轴向的分量。